A Quantum Circuit for the Brazilian Decimetric Array (BDA) Signal Correlation Renato de O. Violin José Hiroki Saito Hanumant Shankar Sawant Departamento de Computação, Universidade Federal de São Carlos Centro Universitário Claretiano Departamento de Computação, Universidade Federal de São Carlos; Faculdade Campo Limpo Paulista Divisão de Astrofísica, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais renato_violin@dc.ufscar.br saito@dc.ufscar.br sawant@das.inpe.br Abstract Quantum computing is a novel way to perform computation based on quantum physics. Since its beginning, at 1985, it promises a revolution in the data processing. Works that have been done prove that quantum computing, regarding its features provided by quantum physics, offer high data processing power compared with classical computation. The aim of the present work is to develop a quantum circuit to perform the signal correlation of Brazilian Decimetric Array (BDA), a radio interferometer that has been developed by National Institute of Space Research (INPE). It was studied some possible circuits and they were compared with classical ones, with respect to the number of logical operations needed to perform the correlation, over a 100 ms integration period. The results show that the proposed quantum circuit uses less logical operations than the classical circuit. Although we don’t have yet technology to build quantum computers, with the same efficiency of the semiconductors, it may be feasible in the future, so that the proposed implementation makes sense. 1. Introdução A computação quântica é uma área de pesquisa em que se estuda a possibilidade de implementar computadores utilizando, como princípio, a física quântica. Esse estudo originou-se quando o físico Richard Feynman [1] percebeu que não era possível simular, eficientemente, efeitos quânticos em computadores clássicos. Para Feynman, deveria existir um computador que trabalhasse com objetos quânticos e obedecesse as leis da física quântica. As propostas de modelos para a computação quântica começaram em 1985 com David Deutsch [2] que descreveu a sua semelhança com a máquina de Turing. Baseado no fato de que a computação quântica promete computadores com maior poder de processamento, este trabalho tenta aplicar a computação quântica em uma área de pesquisa que é a radioastronomia. A radioastronomia é o ramo da astronomia que estuda os objetos celestes por meio da captação de radiofrequências por eles emitidas. No Brasil, o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), em parceria com outras instituições, está desenvolvendo o Brazilian Decimetric Array (BDA), um radiointerferômetro, que consiste num arranjo de antenas parabólicas, constituindo um radiotelescópio para observação de fenômenos solares e de demais objetos celestes. Uma das partes do BDA que exige um poder de processamento maior é o circuito correlacionador. No circuito correlacionador é realizada a operação de correlação entre as antenas que participam do arranjo, para a separação dos sinais apropriados dos objetos celestes, em relação aos ruídos simultaneamente captados pelas antenas. No caso do BDA, o circuito de correlação multiplica sinais recebidos de duas antenas, e acumula o resultado, a cada ciclo. Essa operação é realizada continuamente durante um período de integração de 100 ms. Apesar de ser uma operação simples, este processo é repetido durante todo o tempo em que o radiotelescópio está em operação e existem hardwares específicos para essa finalidade. O presente trabalho consiste em apresentar uma forma alternativa de se realizar o circuito de correlação, usando os princípios da computação quântica, e comparar os resultados, com o circuito clássico, quanto ao número de operações, e verificar a possibilidade de sua aplicação no futuro. O trabalho está dividido nas seguintes seções, a partir da presente introdução: a seção 2 trata da radioastronomia e do projeto BDA; a seção 3 trata dos fundamentos da computação quântica; a seção 4 apresenta o circuito correlacionador clássico utilizado no BDA e a proposta do circuito quântico; a seção 5 apresenta as comparações e os resultados obtidos; na seção 6 são apresentadas as conclusões, seguidas das referências bibliográficas. 2010 11th Symposium on Computing Systems 978-0-7695-4274-4/10 $26.00 © 2010 IEEE DOI 10.1109/WSCAD-SCC.2010.15 136 2010 11th Symposium on Computing Systems 978-0-7695-4274-4/10 $26.00 © 2010 IEEE DOI 10.1109/WSCAD-SCC.2010.15 136